ПЕРФОРАТОР ГИДРОМОНИТОРНЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ (ПГМК) Российский патент 2016 года по МПК E21B43/112 

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, в частности к конструкции перфораторов, предназначенных для вскрытия продуктивных пластов, и может быть использовано при строительстве и ремонте скважин.

Известно большое количество перфораторов, способ действия которых основан на выдвижении пробойников гидравлическим механизмом, в частности US 2015090454 A1, МПК E21B 43/112, 02.04.2015. Устройство включает корпус, в котором выполнена система камер, поршней и штоков, подводящих рабочую жидкость, поступающую в перфоратор по колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), к поршню пробойника. Подобные гидравлические механизмы часто обладают низкой пробивной способностью. Для повышения пробивной способности они могут включать мультипликаторы давления, что усложняет конструкцию, увеличивает затраты на изготовление, но эффективность их при этом остается невысоком. Помимо этого при работе таких перфораторов на высоких давлениях возникают проблемы обеспечения герметичности подвижных узлов конструкций и интенсивного износа уплотнительных элементов.

Известен прокалывающий перфоратор по патентному документу RU 2539085 C1 (ЗАО «СИБ ТРЕЙД СЕРВИС», 10.01.15), содержащий размещенные в корпусе с возможностью продольного перемещения поршень со штоком, уплотняющую втулку, возвратную пружину, которая размещена на штоке, пробойник, установленный в корпусе с возможностью перемещения в радиальном направлении. На штоке выполнен один продольный паз, длина которого больше рабочей толщины уплотняющей втулки, пробойник установлен в уплотняющей манжете.

Недостатком известного перфоратора является сложность его выполнения и низкое качество вскрытия пласта.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по техническому исполнению и принципу действия является «Скважинный пробойник-перфоратор» по патенту RU №2211310 C1, МПК E21B 43/112, E21B 29/00, опубл. 27.08.2003 г., включающий в себя скважинный пробойник-перфоратор, спускаемый на рабочей колонне, содержащей гидравлический канал для подачи силовой жидкости-энергоносителя от насоса, полость которой гидравлически связана с рабочей камерой и через дроссель - с пространством скважины, штоковая камера также сообщена с пространством скважины, а между плунжером и переводником установлена вспомогательная плунжерная пара, составляющие которой соединены соответственно с переводником и плунжером, причем полость, образованная указанной парой, является замкнутой и изолированной от окружающей среды.

Основные недостатки данного устройства - возможность возникновения аварийной ситуации в случае невозврата в исходное (транспортное) положение пробойника по причине недостаточности усилия или заклинивания пробойника в пробитом отверстии в стенке обсадной колонны; отсутствие возможности намыва каверн, после механического вскрытия обсадной колонны; отсутствие возможности контроля момента вскрытия обсадной колонны.

Целью предлагаемого изобретения являются:

- повышение эксплуатационной надежности;

- возможность гидромониторного намыва каверн сразу же после контролируемого механического пробития (вскрытия) обсадной колонны путем подачи в рабочую колонну труб калиброванной песчаной фракции, в том числе кварцевого песка, что существенно ускоряет процесс перфорации за счет исключения из технологического процесса «лишних» спуско-подъемных операций;

- возможность контроля момента «гарантированного» механического пробития (вскрытия) обсадной колонны (скачкообразное падение давления в рабочей колонне труб);

- дополнительная возможность (кроме механической за счет усилия пружины) возврата в исходное (транспортное) положение путем подачи давления в межтрубье;

- ремонтопригодность перфоратора, за счет возможности замены пробойника, насадки и других изнашивающихся элементов;

- повышение эксплуатационной надежности за счет наличия маслозаполненной гидравлически связанной замкнутой полости, включающей подплунжерную полость и подпоршневую полости;

- возможность увеличения усилия механического пробития путем использования дифференциального плунжера.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что перфоратор гидромониторный комбинированный содержит: корпус; плунжер; поршень, выполненный с возможностью радиального перемещения в поршневой камере; пробойник; снабженный центральным каналом, причем на выходе указанного канала закреплена, по меньшей мере, одна профилированная гидромониторная насадка - сопло, при этом поршневая камера выполнена с возможностью замкнутого гидравлического сообщения с подплунжерной полостью, а надплунжерная полость сообщается с гидромониторной насадкой - соплом - после механического вскрытия стенки обсадной колонны.

При этом в качестве профилированной гидромониторной насадки используют сопло Лаваля.

Кроме этого плунжер снабжен уплотнительными кольцами.

Также зазоры между пробойником и насадкой герметизированы уплотнительными кольцами.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что в способе работы перфоратора гидромониторного комбинированного, при котором подают в перфоратор рабочую жидкость по колонне насосных труб или колонне гибких труб, создают рабочее давление для радиального выдвижения поршня с пробойником и осуществляют перфорацию стенки обсадной колонны, выдвижение поршня с пробойником производят воздействием давления рабочей жидкости в колонне насосных труб на плунжер замкнутой гидравлической системы, включающей подплунжерную полость, связанную каналом с подпоршневой полостью, а после механического пробития (вскрытия) стенки обсадной колонны автоматически начинают намыв каверн в пласте.

Таким образом, в перфораторе гидромониторном комбинированном содержащем корпус, плунжер, поршень с возможностью радиального перемещения, оснащенный пробойником, со сквозным каналом и гидромонитором (соплом), установленным в пробойнике, поршневая камера выполнена с возможностью замкнутого гидравлического сообщения с подплунжерной полостью, а надплунжерная полость сообщается с гидромониторной насадкой (соплом) сразу же после механического пробития (вскрытия) стенки обсадной колонны, кроме того, способ работы перфоратора включает подачу в перфоратор рабочей жидкости по колонне насосных труб или колонне гибких труб, создание рабочего давления для радиального выдвижения поршня с пробойником и осуществление механического пробития (вскрытия) стенки обсадной колонны, при этом выдвижение поршня с пробойником производят воздействием давления рабочей жидкости в колонне насосных труб или колонне гибких труб на плунжер замкнутой гидравлической системы, включающей подплунжерную полость, связанной каналом с подпоршневой полостью, а после механического пробития (вскрытия) стенки обсадной колонны начинается намыв каверн во вскрываемом пласте в присутствии песчаной фракции.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

В предпочтительных показанных на чертежах вариантах конструктивного исполнения устройства перфоратора гидромониторного комбинированного (ПГМК) имеются следующие конструктивные элементы: 1 - корпус перфоратора; 2 - труба насосная; 3 - плунжер (плунжер дифференциальный); 4 - кольцо уплотнительное; 5 - пружина возвратная; 6 -канал; 7 - поршень; 8 - кольцо уплотнительное; 9 - пробойник; 10 - канал центральный пробойника; 11 - насадка гидромониторная (сопло Лаваля); 12 - втулка направляющая; 13 - кольцо уплотнительное; 15 - канал обводной.

На фиг. 1 представлен продольный разрез перфоратора гидромониторного комбинированного в транспортном положении;

Фиг. 2 - продольный разрез его же, но в рабочем положении (механическое пробитие стенки обсадной колонны и намыв каверны вскрываемого пласта);

Фиг. 3 - продольный разрез ПГМК с дифференциальным плунжером в транспортном положении;

Фиг. 4 - продольный разрез ПГМК с дифференциальным плунжером, но в рабочем положении.

Согласно фиг. 1 ПГМК содержит корпус 1, закрепленный на колонне насосных труб или колонне гибких труб 2. В верхней части корпуса 1 размещен плунжер 3 с уплотнительными кольцами 4 и пружиной 5 с возможностью соосного продольной оси корпуса 1 возвратно-поступательного движения относительно корпуса 1. Подплунжерная полость сообщена с радиальной полостью, выполненной в нижней части корпуса 1, каналом 6. В радиальной полости расположен поршень 7 с кольцом уплотнительным 8, при этом поршень 7 имеет возможность радиального перемещения в этой полости, а внешняя, обращенная наружу, поверхность поршня 7 оснащена сменным высокопрочным пробойником 9 с центральным каналом 10, на выходе которого закреплена профилированная гидромониторная насадка (сопло Лаваля) 11. В основании радиальной полости установлена втулка направляющая 12 с уплотнительными кольцами 13 и 14. Центральный канал 10 посредством обводного канала 15 сообщается с полостью колонны насосных труб или гибкой колонны труб 2 при нижнем положении плунжера 3.

Работает перфоратор гидромониторный комбинированный следующим образом.

На колонне насосных труб или колонне гибких труб 2 перфоратор гидромониторный комбинированный, содержащий корпус 1, плунжер 3, пружину 5, поршень 7 с пробойником 9 и гидромониторной насадкой 11, спускается в скважину на расчетную глубину. При этом все элементы перфоратора находятся в исходном (транспортном) положении, изображенном на фиг. 1. По достижении расчетного интервала в колонну насосных труб или колонну гибких труб 2 закачивается рабочая жидкость. Давление рабочей жидкости, воздействуя на плунжер 3, выдавливает масло из подплунжерной полости корпуса 1 через канал 6 в подпоршневую полость поршня 7. При этом за счет разности площадей поперечного сечения плунжера 3 и поршня 7 получаем усилие, достаточное для пробития стенки обсадной колонны (не показана), любого материального исполнения. Поршень 7 вместе с пробойником 9 выдвигается из полости в радиальном направлении относительно корпуса 1. Внешняя поверхность пробойника 9 входит в соприкосновение с внутренней поверхностью обсадной колонны и пробивает ее, как показано на фиг. 2. В этот момент давление закачки скачкообразно падает, при этом плунжер 3 занимает нижнее положение в верхней полости корпуса 1, после чего жидкость из полости насосных труб или колонны гибкой трубы 2 по обводному каналу 15, центральному каналу 10 начинает поступать к гидромониторной насадке 11, закрепленной на внешней поверхности пробойника 9. С этого момента начинается намыв каверн (не показано) во вскрываемом пласте, но уже с добавлением калиброванной песчаной фракции. По окончании намыва каверн перфоратор переводится в транспортное положение путем сброса давления на устье скважины, усилием пружины 5 поршень 3 перемещается вверх, отсекая обводной канал 15. В случае недостаточности усилия пружины в межтрубное пространство подается давление. Давление жидкости возвращает поршень 7 вместе с пробойником 9 в исходное положение.

После чего можно продолжить перфорацию в заданном интервале, без «лишних» спуско-подъемных операций.

В случае использования в конструкции перфоратора дифференциального плунжера можно получить прирост усилия пробития стенки обсадной колонны за счет разности площадей верхней и нижней части плунжера при тех же давлениях рабочей жидкости в колонне насосных труб или колонны гибких труб.

Таким образом, такая последовательность работы элементов перфоратора оптимизирует процесс вскрытия обсадной колонны, существенно сокращая время проведения операции и минимизируя аварийность процесса.

Учитывая новизну совокупности существенных признаков, техническое решение поставленной задачи, изобретательский уровень и существенность всех и частных признаков изобретения, доказанных в разделе «Уровень техники» и «Раскрытие изобретения», доказанную в разделе «Осуществление и промышленная реализация изобретения» техническую осуществимость и промышленную применимость изобретения, решение поставленных изобретательских задач и уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании изобретения, по мнению авторов, заявленное изобретение удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к изобретениям.

Проведенный анализ показывает также, что общие и частные признаки изобретения являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели изобретения, но и позволяют реализовать изобретение промышленным способом.

Группа изобретений относится к области бурения и эксплуатации скважин. Перфоратор содержит корпус, плунжер, поршень, выполненный с возможностью радиального перемещения в поршневой камере, пробойник, снабженный центральным каналом, на выходе которого закреплена, по меньшей мере, одна профилированная гидромониторная насадка - сопло. Поршневая камера выполнена с возможностью замкнутого гидравлического сообщения с подплунжерной полостью, а надплунжерная полость сообщается с гидромониторной насадкой - соплом после механического вскрытия стенки обсадной колонны. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Перфоратор гидромониторный комбинированный, содержащий корпус, плунжер, поршень, выполненный с возможностью радиального перемещения в поршневой камере, пробойник, снабженный центральным каналом, отличающийся тем, что на выходе указанного канала закреплена, по меньшей мере, одна профилированная гидромониторная насадка - сопло, при этом поршневая камера выполнена с возможностью замкнутого гидравлического сообщения с подплунжерной полостью, а надплунжерная полость сообщается с гидромониторной насадкой - соплом после механического вскрытия стенки обсадной колонны.

2. Перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве профилированной гидромониторной насадки используют сопло Лаваля.

3. Перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что плунжер выполнен дифференциальным - ступенчатым.

4. Перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что плунжер снабжен уплотнительными кольцами.

5. Перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что зазоры между пробойником и насадкой герметизированы уплотнительными кольцами.

6. Перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что зазоры между насадкой и поршнем герметизированы уплотнительными кольцами.

7. Способ работы перфоратора гидромониторного комбинированного, при котором подают в перфоратор рабочую жидкость по колонне насосных труб, создают рабочее давление для радиального выдвижения поршня с пробойником и осуществляют перфорацию стенки обсадной колонны, отличающийся тем, что выдвижение поршня с пробойником производят воздействием давления рабочей жидкости в колонне насосных труб или колонне гибкой трубы на плунжер замкнутой гидравлической системы, включающей подплунжерную полость, связанную каналом с подпоршневой полостью, а после механического пробития - вскрытия стенки обсадной колонны автоматически начинают намыв каверн в пласте.